專利名稱：拉伸聚酯和丙烯腈類短纖紗的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及包括聚酯短纖維和丙烯腈類短纖維的短纖紗，更特別地這樣的紗，其中聚酯短纖維是向紗賦予高拉伸性能的雙組分。
背景技術(shù)：
的討論雙組分纖維是已知的，例如，在美國專利3,671,379和5,922,433中所述和在國際公開專利申請WO2000-73552中所述。然而，從這樣纖維制備的紗可能缺乏有用彈性紗要求的拉伸和恢復(fù)作用，或可要求比采用其它彈性纖維正常要求的更高比例的這樣纖維，以達(dá)到所需的紗彈性水平。
仍然需要具有高拉伸的聚酯雙組分短纖維和丙烯腈類纖維的經(jīng)濟(jì)短纖紗。
發(fā)明概述本發(fā)明提供包括至少約30wt％丙烯腈類短纖維和聚酯雙組分短纖維的短纖紗，該聚酯雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)，其中聚酯雙組分纖維存在約17-約45wt％，基于紗的總重量。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的紗包含至少約50wt％丙烯腈類纖維，基于紗的總重量。紗內(nèi)容物的余量可以是任何常規(guī)短纖維。例如，本發(fā)明的短纖紗可包含常規(guī)聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)短纖維。
本發(fā)明也提供制備這樣短纖紗的方法，該方法包括如下步驟提供雙組分短纖維；提供丙烯腈類短纖維；通過緊密共混而結(jié)合丙烯腈類短纖維和雙組分短纖維使得獲得的混合物包含約17wt％-約45wt％聚酯雙組分短纖維和至少約30wt％丙烯腈類短纖維，基于紗的總重量；梳理共混的纖維以形成粗梳條子；拉伸粗梳條子；并線和再拉伸粗梳條子；轉(zhuǎn)化拉伸的梳條子成粗紗；和將粗紗環(huán)錠紡紗短纖紗以形成短纖紗。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種織物，該織物選自編織物和機(jī)織物，包括由這樣方法制備的短纖紗。
附圖簡述附圖顯示用于制備雙組分聚酯纖維絲束的紡絲板組合件的簡要橫截面。
發(fā)明詳述已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括丙烯腈類短纖維和某些比例雙組分短纖維的短纖紗，該雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)，具有不可預(yù)料高的拉伸特性，甚至當(dāng)雙組分短纖維含量有限時(shí)。短纖紗可用于衣服織物，例如用于毛衣等，用于工藝紗，和用于室外織物，例如用于雨蓬、帳蓬、油布、甲板和草坪椅等?？椢锟梢允蔷幙椢锘驒C(jī)織物。
在此使用的”雙組分纖維″表示纖維，其中兩種聚合物處于并排或偏心皮-芯關(guān)系和包括自發(fā)卷曲纖維和具有潛在自發(fā)卷曲的纖維兩者，該潛在自發(fā)卷曲還沒有實(shí)現(xiàn)。
″緊密共混″表示在將混合物送到梳理機(jī)之前在開放室(例如具有重物盤的料斗進(jìn)料機(jī))中按重量和充分混合不同纖維或在梳理機(jī)上的雙進(jìn)料滑槽中混合纖維的工藝，和區(qū)別于拉伸-框共混。
在此使用的″丙烯腈類纖維″表示制造的纖維，其中纖維形成物質(zhì)是包括丙烯腈單元的長鏈合成聚合物和在它的意義內(nèi)包括丙烯腈類纖維(至少85wt％的丙烯腈單元)、變性丙烯腈類纖維(小于85wt％但至少35wt％的丙烯腈單元)、及其纖維共混物。
本發(fā)明的短纖紗包括至少約30wt％，優(yōu)選至少約50wt％的丙烯腈類短纖維以及聚酯雙組分短纖維，該聚酯雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)(″2G-T″)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)(″3G-T″)，其中聚酯雙組分纖維存在至少約17wt％和不大于約45wt％，優(yōu)選至少約25wt％和不大于約40wt％，基于紗的總重量。當(dāng)聚酯雙組分含量低于約17wt％時(shí)，如由總沸溶收縮(boil-off shrinkage)指示的紗拉伸性能可能不適當(dāng)，和當(dāng)聚酯雙組分含量高于約45wt％時(shí)，這樣的性能中存在較少的進(jìn)一步改進(jìn)，指示紗的拉伸性能并不遵循關(guān)于紗組成的混合物規(guī)則，它是不可預(yù)料的。紗的總沸溶收縮可以是至少約32％，當(dāng)在退漿(boil-off)之后向紗施加0.045g/旦(0.04dN/特)負(fù)荷時(shí)，它相應(yīng)于約30％伸長率。優(yōu)選總沸溶收縮是至少約40％。本發(fā)明的短纖紗也顯示比常規(guī)丙烯腈類短纖紗高的松密度。短纖紗也可包含常規(guī)短纖維如常規(guī)聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)短纖維。
雙組分短纖維的卷曲展現(xiàn)(″CD″)值可以為至少約35％和卷曲指數(shù)(″CI″)值可以為至少約10％，當(dāng)基本沒有交織時(shí)優(yōu)選至少約20％，和不高于約45％，優(yōu)選不高于約30％。當(dāng)CD值低于約35％時(shí)，短纖紗可具有太小的總沸溶收縮而不能在從其制備的織物中提供良好的拉伸。當(dāng)CI值低于約10％時(shí)，對(duì)于令人滿意的梳理和紡絲可能必須機(jī)械卷曲。當(dāng)CI值高于約45％時(shí)，雙組分短纖維可具有太大的卷曲而不容易梳理，甚至當(dāng)與丙烯腈類短纖維共混時(shí)。
當(dāng)雙組分短纖維的CI在可接受數(shù)值范圍中低時(shí)，可以使用更高比例的聚酯雙組分短纖維而不損害梳理性。當(dāng)CD在可接受數(shù)值范圍中高時(shí)，可以在共混物紗中使用更低比例的雙組分短纖維而不損害總沸溶收縮。特別地，由于纖維共混物水平，CI和梳理性相互關(guān)聯(lián)，甚至采用高CI值(例如高至約45％)保持令人滿意的梳理性，如果共混物中雙組分纖維的數(shù)量低(例如低至約17wt％，基于短纖紗的總重量)。相似地，由于纖維共混物水平，CD，和總沸溶收縮相互關(guān)聯(lián)，令人滿意的總沸溶收縮甚至可以在約17wt％雙組分纖維下保持，基于短纖紗的總重量，如果CD高，例如在約55％或更大。
棉系統(tǒng)上或在精紡絲框上可以將共混的纖維環(huán)錠紡絲以形成紗。雙組分短纖維和丙烯腈類纖維的長度可以為約至少約2.5cm和不長于約10cm。當(dāng)纖維短于約2.5cm或長于約5.7cm時(shí)，它們可難以在棉紡絲系統(tǒng)上紡絲，和當(dāng)它們短于約5cm或長于約10cm時(shí)，它們可難以在精紡絲系統(tǒng)上紡絲。
雙組分纖維的線密度可以為至少約0.7分特和優(yōu)選至少約0.9分特每根纖維和不大于約3.0分特每根纖維，優(yōu)選小于約2.5分特每根纖維。
當(dāng)雙組分短纖維的線密度大于約3.0分特每根纖維時(shí)，紗可具有粗糙手感，和可能難以與丙烯腈類纖維共混。當(dāng)它的線密度小于約0.7分特每根纖維時(shí)，可能難以梳理。
雙組分短纖維的聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)對(duì)聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)的重量比可以為約30∶70-70∶30，優(yōu)選40∶60-60∶40。包括雙組分纖維的聚酯的一種或兩種可以是共聚酯，和″聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)″和″聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)″在它們的意義內(nèi)包括這樣的共聚酯。例如，可以使用共聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，其中用于制備共聚酯的共聚單體選自含有4-12個(gè)碳原子的線性、環(huán)狀、和支化脂族二羧酸(例如丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、和1,4-環(huán)己烷二羧酸)；除對(duì)苯二甲酸以外和含有8-12個(gè)碳原子的芳族二羧酸(例如間苯二甲酸和2，6-萘二羧酸)；含有3-8個(gè)碳原子的線性、環(huán)狀、和支化脂族二醇(例如1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、，3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、和1，4-環(huán)己烷二醇)；和含有4-10個(gè)碳原子的脂族和芳脂族醚二醇(例如，對(duì)苯二酚雙(2-羥乙基)醚、或分子量低于約460的聚(亞乙基醚)二醇，包括二亞乙基醚二醇)。共聚單體的存在程度可以使得它不損害本發(fā)明的益處，例如在約0.5-15摩爾％的水平下，基于總聚合物成分。間苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇是優(yōu)選的共聚單體。
也可以采用少量其它的共聚單體制備共聚酯，條件是這樣的共聚單體對(duì)本發(fā)明的益處不具有不利的效果。這樣的其它共聚單體包括磺基間苯二甲酸5-鈉、3-(2-磺乙基)己二酸的鈉鹽和其二烷基酯，它們可以在約0.2-4摩爾％下引入，基于總聚酯。為了改進(jìn)的酸染色性，(共)聚酯也可以與聚合物仲胺添加劑，例如聚(6，6′-亞氨基-雙六亞甲基對(duì)苯二甲酰胺)和及與六亞甲基二胺的共聚酰胺，優(yōu)選磷酸及其亞磷酸鹽混合。
對(duì)雙組分纖維的外部橫截面沒有特別的限制，它可以是圓形、橢圓形、三角形、′雪人形′等?！逖┤诵巍鍣M截面可以描述為并排橫截面，該并排橫截面含有長軸，短軸和當(dāng)對(duì)長軸作圖時(shí)在短軸長度中至少兩個(gè)最大值。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的短纖紗包括丙烯腈類短纖維和雙組分短纖維，該雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)和在其表面上含有多個(gè)縱向凹槽。這樣的雙組分短纖維可以考慮為具有″扇貝橢圓形″橫截面，它可改進(jìn)聚酯雙組分的芯吸性能。
本發(fā)明短纖紗中的聚酯雙組分短纖維也可包括常規(guī)添加劑如抗靜電劑、抗氧劑、抗菌劑、阻燃劑、染料、光穩(wěn)定劑、和消光劑如二氧化鈦，條件是它們不減損本發(fā)明的益處。
本發(fā)明短纖紗從其構(gòu)成的雙組分短纖維的斷裂韌度為至少約4dN/特和不高于約5.5dN/特。當(dāng)韌度太低時(shí)，梳理和紡絲可能困難，和當(dāng)它太高時(shí)，從本發(fā)明短纖紗制備的織物可顯示不所需的起球。短纖紗的線密度可以為約100-700旦(111-778分特)。
可以從本發(fā)明的短纖紗制備編織物(例如經(jīng)編針織物和緯編針織物，包括圓筒形針織物和平針織物)和機(jī)織物(例如平紋機(jī)織物和斜紋織物)拉伸織物。
本發(fā)明的方法包括通過緊密共混丙烯腈類短纖維與聚酯雙組分短纖維而混合的步驟，其中雙組分短纖維的存在水平為至少約17wt％和不大于約45wt％，優(yōu)選至少約25wt％和不大于約40wt％，基于共混纖維的總重量。
由于相信這樣的短纖維由于它的更低CI水平改進(jìn)梳理，優(yōu)選是在方法中顯示″校仿前者(follow-the-leader)″卷曲的雙組分短纖維的使用。相應(yīng)地，優(yōu)選在短纖維的絲束前體中的雙組分纖維是與彼此的′定位(in register)′和不是′解定位的′。
可以由如下方式進(jìn)一步加工共混的纖維梳理共混的纖維以形成粗梳條子，拉伸粗梳條子，并線和再拉伸粗梳條子至多3次，轉(zhuǎn)化拉伸的梳條子成粗紗， 和將粗紗環(huán)錠紡紗，優(yōu)選具有3-5.5的捻系數(shù)以形成短纖紗，它的總沸溶收縮可以為至少約32％。
聚酯的特性粘度(″IV″)采用Viscotek Forced Flow粘度計(jì)型號(hào)Y-900在0.4％濃度下在19℃下和根據(jù)ASTM D-4603-96測量，但在50/50wt％三氟乙酸/二氯甲烷中代替規(guī)定的60/40wt％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷。然后將測量的粘度與在60/40wt％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷中的標(biāo)準(zhǔn)粘度相關(guān)聯(lián)以達(dá)到報(bào)導(dǎo)的特性粘度值。
使用測量雙組分纖維的絲束卷曲展現(xiàn)和絲束卷曲指數(shù)的如下方法。為測量絲束卷曲指數(shù)(″C.1.″)，將聚酯雙組分絲束的1.1米樣品稱重，和計(jì)算它的旦數(shù)；絲束尺寸典型地為約38,000-60,000旦(42,000-66,700分特)。在絲束的每端打結(jié)間隔25mm的兩個(gè)結(jié)。由如下方式對(duì)垂直樣品施加張力在第一端的內(nèi)部結(jié)施加第一夾具和在第二端的結(jié)之間懸掛40mg/旦(0.035dN/特)的重物。通過提起和緩慢下降重物運(yùn)動(dòng)樣品三次。然后在從第一端內(nèi)部結(jié)以下的100cm處施加第二夾具，同時(shí)重物位于第二端的結(jié)之間，從第二端除去0.035dN/特重物，和反轉(zhuǎn)樣品同時(shí)保持張力使得第一端在底部。1.5mg/旦(0.0013dN/特)重物懸掛在第一端的結(jié)處，從第一端除去第一夾具，允許樣品對(duì)抗0.0013dN/特重物縮回，和將從夾具到第一端內(nèi)部結(jié)的(縮回)長度以cm測量和識(shí)別為Lr。C.I.根據(jù)公式I計(jì)算。為測量絲束展現(xiàn)(″C.D.″)，進(jìn)行相同的過程，區(qū)別在于將1.1米樣品無限制地放入沸水中1分鐘和在施加40mg/旦(0.035dN/特)重物之前允許該樣品完全干燥。
C.I.和C.D.(％)＝100×(100cm-Lr)/100cm(I)為測定短纖紗的總沸溶收縮，將紗變成在標(biāo)準(zhǔn)絲球卷繞機(jī)上的25繞的絲球。在將樣品在卷繞機(jī)上保持拉緊的同時(shí)，采用染料標(biāo)記物在樣品上標(biāo)記10英寸(25.4cm)長度(″Lo″)。將絲球從卷繞機(jī)取下，放入沸水中1分鐘而沒有約束，從水取出，和允許在室溫下干燥。將干燥絲球平放，和再次測量在染料標(biāo)記之間的距離(″Lbo″)。總沸溶收縮從公式II計(jì)算總B.O.S.(％)＝100×(Lbo-Lo)/Lo(II)實(shí)施例1A在連續(xù)聚合中從對(duì)苯二甲酸和乙二醇，在兩步驟工藝中在第二步驟中使用銻酯交換催化劑，制備0.56IV的聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)。加入TiO2(0.3wt％，基于聚合物的重量)，將聚合物在285℃下轉(zhuǎn)移和由計(jì)量泵送到保持在280℃下的790孔預(yù)聚并雙組分纖維紡絲板組合件。將聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)(1.04IV Sorona，E.I.Du Pont deNemours and Company的注冊商標(biāo))干燥，在258℃下熔體擠出，和單獨(dú)計(jì)量到紡絲板組合件。


圖1顯示使用的紡絲板組合件的橫截面。熔融聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)在孔1a和1b進(jìn)入分布板2，通過相應(yīng)的環(huán)形槽道3a和3b徑向分布，和首先在分布板5中的溝槽4中彼此接觸。兩種聚酯通過計(jì)量板7中的孔6，通過紡絲板9中的埋頭孔8，和通過毛細(xì)管10離開紡絲板?？?和毛細(xì)管10的內(nèi)徑基本相同。
將纖維在0.5-1.0g/min每個(gè)毛細(xì)管和50/50 2G-T//3G-T的重量比下紡絲入在142-200標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(4.0-5.6立方米每分鐘)下提供的徑向空氣流中，使得空氣∶聚合物的質(zhì)量比是9∶1-13∶1。驟冷腔基本與美國專利5219506中公開的相同，該文獻(xiàn)在此引入作為參考，但使用具有相似尺寸穿孔的有孔驟冷氣體分布圓筒體，使得它提供‘恒定’空氣流。采用在美國公開專利申請US2002-0051880A1中公開的錐形施加器，在基于纖維重量的0.07wt％-0.09wt％下向纖維施加紡絲整理劑，該文獻(xiàn)在此引入作為參考，和然后在1700米/min下將它們卷繞到包裝物上。
將獲得的并排，圓形橫截面纖維的約48個(gè)包裝結(jié)合以制備約130,000旦(144,400分特)的絲束和由如下方式在兩個(gè)階段拉伸2.63倍將進(jìn)料輥周圍的絲束送到第一拉伸輥(在室溫水浴中拉伸2.37倍)，將它通過在85℃-90℃和50碼/分鐘(46m/min)下操作的第二拉伸輥(1.11倍拉伸)和向其提供熱水噴淋，由與在170℃下操作的六個(gè)輥接觸而熱處理，過度進(jìn)料10％到拉動(dòng)輥和，在施加常規(guī)紡織品整理劑之后，通過在小于35℃下操作的連續(xù)，強(qiáng)制對(duì)流干燥器。絲束的線密度為1.3旦/長絲(1.4分特/長絲)，它的韌度是4.8g/den(4.3dN/特)，它的CI是34，和它的CD是53。
然后將絲束在基本沒有張力下收集入箱子和切割成1.5英寸(3.8cm)短纖維用于與實(shí)施例1B的丙烯腈類纖維共混。不對(duì)雙組分短纖維施加機(jī)械卷曲。
實(shí)施例1B將來自實(shí)施例1A的聚酯雙組分短纖維和半無光，0.9旦每個(gè)長絲(1.0分特每個(gè)長絲)，11/16英寸(2.7cm)長丙烯腈類短纖維(T-V111H，Sterling Fibers，Inc.)打開和緊密共混以獲得兩種纖維的各種wt％。將纖維裝入雙進(jìn)料滑槽進(jìn)料機(jī)，它在70磅/hr(32kg/hr)下加入Trutzschler Corp.短纖維梳條子。觀察到不能梳理聚酯雙組分纖維為100wt％的樣品。將環(huán)境條件保持在76°F(24℃)，和56％相對(duì)濕度。獲得的粗梳條子是75格令/碼(約5.25克/米)。將粗梳條子的六個(gè)端收集和在Reiter(RSB)拉伸架上牽伸到70格令/碼(4.90克/米)。將一次拉伸70格令/碼梳條子的六個(gè)端經(jīng)歷相同的工藝以得到兩次拉伸的70格令/碼(約48,500分特)梳條子，它然后在常規(guī)粗紗架上轉(zhuǎn)化成0.75亨克(7795分特)粗紗。粗紗工藝中的總牽伸是6.3倍，和捻系數(shù)是0.7。將粗紗在Roberts環(huán)錠紡絲架上紡絲以得到捻系數(shù)為4.0的12/1英制棉紗支數(shù)(492分特)短纖紗。紡絲步驟的總牽伸是16.0。
獲得的短纖紗的總沸溶收縮(″B.O.S.″)值見表I，其中″Comp.″指示不是本發(fā)明的對(duì)比樣品。
表I

表I中數(shù)據(jù)的內(nèi)插顯示當(dāng)雙組分短纖維構(gòu)成短纖紗的約17wt％時(shí)，獲得32％的所需最小總沸溶收縮和大于約45wt％，觀察到較小的進(jìn)一步改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.短纖紗，包括至少約30wt％丙烯腈類短纖維和約17-45wt％聚酯雙組分短纖維，該聚酯雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)，基于紗的總重量。
2.權(quán)利要求1的短纖紗，包含至少約50wt％丙烯腈類短纖維和約25-約40wt％聚酯雙組分纖維，基于紗的總重量。
3.權(quán)利要求1的短纖紗，具有至少約32％的總沸溶收縮和其中丙烯腈類短纖維是至少85wt％的丙烯腈單元。
4.權(quán)利要求1的短纖紗，其中雙組分纖維的卷曲展現(xiàn)值為至少約35％和卷曲指數(shù)值為約10％-約45％。
5.權(quán)利要求1的短纖紗，其中雙組分纖維的卷曲指數(shù)值為約20％-約30％。
6.制備權(quán)利要求1的短纖紗的方法，包括如下步驟a)提供雙組分短纖維；b)提供丙烯腈類短纖維；c)通過緊密共混而結(jié)合丙烯腈類短纖維和雙組分短纖維使得獲得的混合物包含約17wt％-約45wt％雙組分短纖維和至少約30wt％丙烯腈類短纖維，基于紗的總重量；d)梳理共混的纖維以形成粗梳條子；e)拉伸粗梳條子；f)并線和再拉伸粗梳條子；g)轉(zhuǎn)化拉伸的梳條子成粗紗；和h)將粗紗環(huán)錠紡紗以形成短纖紗。
7.權(quán)利要求6的方法，其中混合物包含約25wt％-約40wt％雙組分短纖維，基于紗的總重量。
8.權(quán)利要求6的方法，其中環(huán)錠紡紗提供約3-5.5的捻系數(shù)，聚酯雙組分短纖維的總沸溶收縮為至少約32％，和丙烯腈類短纖維是至少85wt％的丙烯腈單元。
9.權(quán)利要求6的方法，其中雙組分纖維的卷曲指數(shù)值為至少約10％，雙組分纖維的卷曲指數(shù)值不高于約45％，和雙組分纖維的卷曲展現(xiàn)值為至少約35％。
10.織物，選自編織物和機(jī)織物和包括由權(quán)利要求6的方法制備的短纖紗。
全文摘要
本發(fā)明提供包括聚酯雙組分短纖維和丙烯腈類短纖維的短纖紗。本發(fā)明進(jìn)一步提供制備短纖紗和織物的方法。本發(fā)明的短纖紗包括至少30wt％丙烯腈類短纖維和17－45wt％聚酯雙組分短纖維，該聚酯雙組分短纖維包括聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸亞丙基酯)，基于紗的總重量。
文檔編號(hào)D02G3/32GK1703543SQ200380100923
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月4日
發(fā)明者L·M·哈米爾頓, G·D·希特帕斯, C·R·帕耶特, S·W·史密斯 申請人:因維斯塔技術(shù)有限公司